運(yùn)動(dòng)改變?nèi)梭w基因
2015-02-18 12:01:16白色提
大眾科學(xué) 2015年5期
文｜白色提
運(yùn)動(dòng)過后，人體內(nèi)相當(dāng)多的基因被打開并激活。在這些基因的作用下，肌肉細(xì)胞釋放了大量的酶類，從而讓肌肉細(xì)胞燃燒熱量并獲得運(yùn)動(dòng)所需的能量
合理運(yùn)動(dòng)的好處不勝枚舉，它既能燃燒多余的熱量，令人們的身材更加健美，也可降低患心臟病、中風(fēng)和糖尿病等諸多疾病的風(fēng)險(xiǎn)，但這一系列過程是如何發(fā)生的，至今依舊是一個(gè)未解之謎。
從結(jié)果看，運(yùn)動(dòng)令人更加健康是機(jī)體代謝改善的外在表現(xiàn)，究其內(nèi)因，與控制這些代謝過程的蛋白干系頗深，因此有科學(xué)家進(jìn)一步向前追溯，試圖探討運(yùn)動(dòng)是否會(huì)直接影響到表達(dá)上述蛋白的基因。
改變即刻發(fā)生
經(jīng)由這一線索出發(fā)，越來越多的證據(jù)正在浮出水面。
瑞典卡羅林斯卡大學(xué)醫(yī)院的學(xué)者茲爾羅斯及其同事開展的一項(xiàng)研究證實(shí)：運(yùn)動(dòng)在極早期就可影響到肌肉細(xì)胞的DNA。
在該研究中，茲爾羅斯招募了14名平日并不經(jīng)常鍛煉身體的健康青年男女，要求他們騎行健身腳踏車，達(dá)到一定的運(yùn)動(dòng)量后方可停下。在騎行前后，研究人員采集了受試者四頭肌處的少量樣本用于分析。當(dāng)然，樣本采集全程在局部麻醉?xiàng)l件下進(jìn)行，不會(huì)給受試者帶來痛苦。
借助運(yùn)動(dòng)前后活組織樣本的對(duì)比，茲爾羅斯對(duì)一系列相關(guān)基因的表達(dá)狀況進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)過后，相當(dāng)多的人體基因被打開并激活。在這些基因的作用下，肌肉細(xì)胞釋放了大量的酶類，從而讓肌肉細(xì)胞燃燒熱量并獲得運(yùn)動(dòng)所需的能量。
茲爾羅斯發(fā)現(xiàn)，這些基因之所以能被激活，是因?yàn)镈NA甲基化的程度減弱了。甲基化是一個(gè)表觀遺傳學(xué)名詞，初聽蠻拗口，其實(shí)可以簡(jiǎn)單理解為基因的開關(guān)，亦即如果DNA的特定區(qū)段附著有這個(gè)結(jié)構(gòu)，那么相應(yīng)的基因表達(dá)就會(huì)減弱甚至關(guān)閉。
在某種機(jī)制作用下，運(yùn)動(dòng)使得DNA上的甲基得以移除，而且茲爾羅斯發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大，甲基移除的效果越好。受試者曾在一周內(nèi)進(jìn)行過兩次強(qiáng)度不同的騎行鍛煉，一次強(qiáng)度達(dá)到其運(yùn)動(dòng)極限的40%，另一次則為80%，而后分別提取肌肉活組織樣本進(jìn)行分析，結(jié)果不出所料，運(yùn)動(dòng)更大，甲基化的程度就更弱。
運(yùn)動(dòng)對(duì)基因亦有長(zhǎng)期影響
人的基因組無比的復(fù)雜，且一直處于動(dòng)態(tài)，外界條件發(fā)生改變時(shí)，基因組也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化加以因應(yīng)?，F(xiàn)在我們知道，短期運(yùn)動(dòng)對(duì)DNA甲基化有影響，那么，長(zhǎng)期堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)的話，甲基化水平會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？茲爾羅斯的同事林德霍姆繼續(xù)進(jìn)行了探索。
研究伊始，林德霍姆同樣招募了23名健康的青年男女，打算利用茲爾羅斯的研究方案。不過，根據(jù)此前的一些發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們暴露于污染物之中或食用了某些食物時(shí)，人體一些基因的甲基化水平會(huì)發(fā)生改變。此次觀察的目標(biāo)是長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)對(duì)DNA甲基化的影響，因此必須排除其他因素的影響，以厘清到底哪些改變是由運(yùn)動(dòng)所致。
林德霍姆想到了一個(gè)巧妙的方法：要求受試者一條腿鍛煉，另一條腿休息。這樣，一條腿可被視為實(shí)驗(yàn)組，另一條則是對(duì)照組。鍛煉頻率為每周4次，每次45分鐘，共需持續(xù)3個(gè)月，而后分別進(jìn)行活檢。
毫不意外，受到鍛煉的腿變得更加強(qiáng)壯，但DNA層面發(fā)生的改變卻更加有趣。林德霍姆檢測(cè)了受試者肌肉細(xì)胞基因組上逾5000個(gè)位點(diǎn)，除了發(fā)現(xiàn)有些基因的甲基化程度減弱外，還找到有些基因出現(xiàn)了增強(qiáng)。這其中，有很多基因在人體的能量代謝、胰島素反應(yīng)以及炎癥中發(fā)揮了重要作用。
如果鍛煉終止，DNA甲基化是否會(huì)重回原狀呢？對(duì)于這個(gè)問題，林德霍姆打算在下一步的研究中加以解決。她提到，盡管對(duì)于運(yùn)動(dòng)如何改善人體的健康，目前仍沒有明晰的答案，但這并不妨礙我們先跑起來再說。
不愛運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)槿狈颍?/h2>
既然運(yùn)動(dòng)會(huì)改變?nèi)梭w基因，那么，有些人天生不愛運(yùn)動(dòng)，是否也和基因有關(guān)呢？加拿大麥克馬斯特大學(xué)的斯坦伯格等人研究發(fā)現(xiàn)，懶惰還真有可能是因?yàn)槿鄙倭瞬糠株P(guān)鍵基因造成的。
在研究中，部分小鼠肌肉中的兩個(gè)基因被移除了。這部分基因控制著一種一磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK），這種酶在你運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)生效?！靶∈笙矚g奔跑，正常的小鼠一次可以跑幾公里，缺乏這部分肌肉基因的小鼠卻只能在大廳來回跑一趟?！毖芯咳藛T發(fā)現(xiàn)缺少AMPK基因的小鼠在運(yùn)動(dòng)時(shí)，體內(nèi)的線粒體水平較低，肌肉利用葡萄糖的能力受損。
“當(dāng)你運(yùn)動(dòng)時(shí)，你肌肉中的線粒體會(huì)增多；而當(dāng)你不運(yùn)動(dòng)時(shí)，它便會(huì)減少。通過移除這部分基因，我們認(rèn)為調(diào)節(jié)線粒體的關(guān)鍵因子就是AMPK酶?！彼固共裾f。
目前，全球有數(shù)千名科學(xué)家都在研究AMPK酶。這項(xiàng)研究有可能會(huì)對(duì)那些自認(rèn)為很難去運(yùn)動(dòng)的人產(chǎn)生影響，如患有肥胖癥、哮喘以及經(jīng)常坐在輪椅上的人。缺乏鍛煉會(huì)為他們帶來其他的困擾，如糖尿病和心臟疾病。
“由于新技術(shù)的吸引，運(yùn)動(dòng)在我們的生活中不是那么經(jīng)常了。人群中的健身水平日益降低，便導(dǎo)致了人們肌肉中的線粒體減少。反過來，這又會(huì)使人們更不想去運(yùn)動(dòng)?！痹谒固共窨磥?，這會(huì)使人們陷入惡性循環(huán)。
所以，為了我們的線粒體，為了健康，還等什么，趕緊運(yùn)動(dòng)吧！
01 運(yùn)動(dòng)，或許改變了人體的基因表達(dá)。（來源：precisionnutrition.com）
02 瑞典學(xué)者茲爾羅斯的單車騎行實(shí)驗(yàn)顯示：運(yùn)動(dòng)后，人體內(nèi)相當(dāng)多的基因被打開并激活。
03 加拿大麥克馬斯特大學(xué)的斯坦伯格等人研究發(fā)現(xiàn)，懶惰還真有可能是因?yàn)槿鄙倭瞬糠株P(guān)鍵基因造成的。
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